JP2005188607A - 油圧ホース - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 内管ゴム層と外被ゴム層とを有し、前記内管ゴム層と前記外被ゴム層との間に少なくとも1の補強層を有する油圧ホースであって、
前記外被ゴム層の直下に少なくとも1の前記補強層が設けられ、かつ、前記外被ゴム層が内添型接着剤を含有してなり、
前記各層に塩素を含有していないことを特徴とする油圧ホースである。
【選択図】 図1
Description
しかし、当該ゴムホースは、補強層にPET等の補強糸を用いているため、補強層に金属を使用する油圧ホースに適用できるかどうかは不明である。
また、一般的な油圧ホースでは、金属製の補強層と外被ゴム層との間で高い接着性が得られない等の問題があり、それぞれの層を良好に接着させて耐久性を向上させる点で、外被ゴム層の組成等をさらに検討することが必要であることが本発明者らの検討により明らかとなった。
すなわち、本発明の目的は、環境に対する負荷が小さく、層と層と間の接着性が高く、耐久性に優れた油圧ホースを提供することにある。
すなわち、本発明は、内管ゴム層と外被ゴム層とを有し、前記内管ゴム層と前記外被ゴム層との間に少なくとも1の補強層を有する油圧ホースであって、
前記外被ゴム層の直下に少なくとも1の前記補強層が設けられ、かつ、前記外被ゴム層が内添型接着剤を含有してなり、
前記各層に塩素を含有していないことを特徴とする油圧ホースである。
(1)前記内添型接着剤が、外被ゴム層のゴム成分100質量部に対し、1〜10質量部含有されてなる態様である。
(2)前記外被ゴム層が、有機酸金属塩を含有してなる態様である。
(3)前記外被ゴム層が、無機化合物を含有してなる態様である。
(4)前記内管ゴム層と前記外被ゴム層との間に、さらに、中間ゴム層が設けられてなり、該中間ゴム層が少なくとも1の前記補強層と隣接し、
前記補強層と隣接した前記中間ゴム層を構成するゴム組成物の未加硫時の引張強さが、25%伸長時に0.4MPa以上である態様である。
(5)前記内管ゴム層と前記外被ゴム層との間に、さらに、中間ゴム層が設けられてなり、該中間ゴム層が少なくとも1の前記補強層と隣接し、
前記補強層と隣接した前記中間ゴム層を構成するゴム組成物中に、高い機械的強度を保有するポリマーおよび短繊維のいずれかが含有されてなる態様である。
(6)前記補強層が金属製の線状物からなり、前記線状物が前記内管ゴム層上に網目状に巻回されて設けられてなる態様である。
外被ゴム層18は、主として、補強層12,16を保護するという機能を持ち、耐光性、耐熱性、耐油性、耐オゾンクラック性、柔軟性および外観性能等のホースの使用される環境を考慮して材質選定を行う。特に、塩素を含有しないものを選定する(以下の各層も同様)。
ゴム成分の具体例としては、塩素を含有しないものを使用し、ニトリルゴム(NBR)、水素化ニトリルゴム(HNBR)、エチレンプロピレンジエン三元共重合体(EPDM)、ブチルゴム(IIR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、VAMAC(エチレンおよびメチルアクリレートの共重合体、特にコポリマーがよい)等を単独または適宜ブレンドしたものを挙げることができる。
なお、本明細書において「ゴム成分」とは、上記のようなゴムからなり、各層の母材となる成分をいう。
一般に、発泡防止剤等を含有させる等の理由でゴム組成物中の水分がなくなると、外被ゴム層と補強層等との間で接着不良が生じる。しかし、外被ゴム層18中に内添型接着剤を含有させ、所定温度で加硫することで、高い接着効果を発揮することができる。これは、硫化されたワイヤー表面の銅とポリマーとの両方に相互作用を持つことができる構造によるものと考えられる。
内添型接着剤は、外被ゴム層18のゴム成分100質量部に対し、1〜10質量部含有させることが好ましく、1〜5質量部含有させることがより好ましい。1〜10質量部含有させることで、加硫阻害を発生させず高い接着効果を発揮させることができる。
例えば、有機酸金属塩を含有させることで、有機金属塩の触媒的な作用によって外被ゴム層18と補強層16の金属との接着性をより高めることができる。
有機酸金属塩としては、遷移金属を含有する有機酸金属塩、アルミニウムまたはアルカリ金属を含有する有機酸金属塩が好ましく、Co、Zn、Ti、Mo、Zr、Al、Kのいずれ1以上を含有する有機酸金属塩がより好ましく、接着力の改善性や取り扱い性を考慮すると、少なくともCoを含有する有機酸金属塩がさらに好ましい。なお、上記有機酸金属塩は、複数種を併用してもよい。
Coを含有する有機酸金属塩の具体的例としては、ナフテン酸コバルト、ステアリン酸コバルト等が挙げられる。
その他に、カーボンブラック(C/B)、老化防止剤、亜鉛華(ZnO)、遅効性促進剤(DZ;大内新興化学社製)等を含有させることができる。
遅効性促進剤の含有量(複数種併用する場合は、合計の含有量)は、外被ゴム層18のゴム成分100質量部に対し、0.3〜2質量部とすることが好ましく、0.5〜1質量部とすることがより好ましい。0.3〜2質量部含有させることで、ゴムと補強層との接着性と、ゴム物性と、の両立を図ることができる。
内管ゴム層10は、主に耐油性を考慮してその材質が選定され、さらには耐熱性、セット性をも考慮して材質選定することが好ましい。すなわち、内管ゴム層10は、内圧を支持すると共に油系流体の浸透を抑制する機能を持たせることが好ましい。
内管ゴム層10を構成する材料としては、上記機能を考慮しながら、外被ゴム層18と同じものを使用することができる。また、上記材料には、通常用いられる加工助剤、抗酸化剤、加硫剤、補強剤、加硫促進剤等の配合剤を適宜添加することができる。
内管ゴム層10の厚さは、好ましくは1.0〜2.0mmの範囲内とし、より好ましくは1.5〜1.8mmの範囲内とする。
補強層12,16は、図1に示す実施の形態においては2層構造であり、その間に中間ゴム層14を設けた構造としてあるが、2層に限らず3層以上の構造としてもよく、また、1層だけの構造としてもよい。
補強層12,16に用いる金属製の線状物(補強材)は、特に制限されないが、好ましくは、金属ワイヤー、例えば、真鍮メッキを施した硬鋼線ワイヤー;ステンレスワイヤー;亜鉛メッキを施した既知の金属ワイヤー;等を用いることが好ましい。
補強層12,16は、既述のように、2層以上の複数層にて形成してもよい。層数は、使用時の液体の圧力、すなわち、ホースにかかる内圧等に応じて、適切に決定することが好ましい。この場合の補強層12,16における個々の層の構成についても特に制限はないが、好適には、図示するような、金属ワイヤーが網目状に巻かれた構成(網目構成)が挙げられる。また、金属ワイヤーが螺旋状に巻かれた構成(螺旋構成)等とすることもできる。網目構成は主に低圧用途に使用され、螺旋構成は主に高圧用途に使用される。
高い機械的強度を保有するポリマーおよび短繊維のいずれかを含有させることで、上記引張強さ(25%伸張時のグリーンモジュラス)を0.4MPa以上とすることが可能である。また、中間ゴム層の耐疲労性を向上させ、油圧ホースの耐久性をより良好なものとすることができる。
なお、本明細書において「ゴム組成物」とは、例えば、中間ゴム層の場合は、中間ゴム層全体を構成する組成物であって、NBR等のゴム成分と必要に応じて添加される種々の添加剤とで構成された組成物をいう。
短繊維の材質としては、綿、レーヨン、ナイロン6、ナイロン66、ポリエステル、ビニロン、アラミド、スチール、ガラス等の材質からなるものを挙げることができる。短繊維の長さは、1〜20mmであることが好ましく、短繊維の太さは、2〜3000μmであることが好ましい。
短繊維の含有量は、ゴム成分100質量部に対し、1〜20質量部とすることが好ましく、2〜5質量部とすることがより好ましい。1〜20質量部含有させることで、25%伸長時のグリーンモジュラスを既述の所望の範囲とすることができる。
なお、高極性NBR、RB等の高結晶性ポリマーおよび短繊維は、それぞれを2種以上組み合わせて使用してもよい。
ワイヤーブレードホース(補強層のワイヤーが網目状に絡み合って巻きつけられてなるホース:網目構成)は、最後の加硫で、樹脂で被覆しながら130〜150℃で熱風を吹きつけて加硫する熱風加硫を行うことが好ましい。
また、リーンホースメント・ファースト・ホース(Reinforcement First Hose)は、最後の加硫で、溶融塩中で170〜190℃で加硫する塩浴加硫を行うことが好ましい。なお、90℃前後の温度に加熱した内管ゴムのみを押出すと型崩れをするので、それを防止するためにマンドレルという棒状のものの上に押出し、加硫後これを引き抜くことが好ましい。
さらに、ワイヤースパイラルホース(補強層のワイヤーが螺旋状に巻きつけられてなるホース:螺旋構成)は、最後の加硫で、布で被覆しながら140〜160℃の蒸気で加硫する蒸気加硫を行うことが好ましい。
内管ゴム層10と中間ゴム層11との間には、糸層が形成されていてもよい。糸層は、内管ゴム層を保護するために設けられ、PET等の材料を使用することができる。
ここで、「バルヂ」とは、高温(80℃程度以上)条件下での使用により接続金具の加締部口元付近でゴム部材が膨れ上がったかのように見える現象をいう。
まず、常温において、加締金具30を油圧ホース端部に取り付け、加締める(図3)。加締めたことにより、内管ゴム層10が圧縮され、反発力が油圧ホースの長手方向に働く(図4)。但し、常温では反発力に対し、内管ゴム層10と補強層(ワイヤー)13との摩擦力、内管ゴム層10の物性により、圧縮された体積の移動は生じない。すなわち、バルヂは発生しない。
その結果、圧縮されていた体積が加締金具30の拘束から開放され、体積移動が生じる。ところが、油圧ホース本体部のゴムは、各種物性および摩擦力により、上記体積移動に対抗する。両者の力に挟まれた中間ゴム層11および内管ゴム層10は、補強層13との接着界面、または中間ゴム層11自体が破壊し、補強層13への拘束力(接着力)が無くなり、金具口元においてバルヂを発生させることでその力を解放する(図5)。
しかし、既述のような中間層を設けることで、当該バルヂの発生を抑え、油圧ホースの耐久性を向上させることができる。
NBRをベースとした配合物(コンパウド)からなる筒状の内管ゴム(厚さ:1.5mm)の外周面に、ワイヤー(材質:芯線は鉄、メッキはブラス(銅と亜鉛))を絡み合うように網目状に巻きつけて補強層(厚さ:0.3mm)を形成した。その後、中間ゴム層(厚さ:0.3mm)、補強層(網目状、厚さ:0.3mm)を順次形成した。
外被ゴム層を形成した後、熱風中で150℃で加硫を行って、図1に示すような、内管ゴム層、補強層、中間ゴム層、補強層、外被ゴム層を順次積層した油圧ホースを作製した。
(1)ゴム成分…天然ゴム(TECK BEE HAND CO製 恒粘度天然ゴム):50質量部、高極性のNBR(JSR製 JSR N220S):30質量部、RB(JSR製 RB820):20質量部
(2)短繊維(日本モンサント製 サントウェーブD):5質量部(ゴム成分100質量部に対して)
(3)ステアリン酸コバルト(大日本インキ化学製):2質量部(ゴム成分100質量部に対して)
(4)硫黄(鶴見化学製 Z硫黄):3.5質量部(ゴム成分100質量部に対して)
(5)促進剤(大内新興化学 ノクセラーCZ):0.8質量部(ゴム成分100質量部に対して)
(6)亜鉛華(三保製):5質量部(ゴム成分100質量部に対して)
ピーリング試験を、以下に説明するようにして行った。
まず、図6に示すようにして、スラブシート作製用のモールド(金型)100に、ワイヤー102を7本を1セットとし、これを3セットを貼りつけた。次に、モールド100の大きさと同じ大きさになるように、外被ゴム層と同じ組成の未加硫ゴム(厚さ:2mm)104を圧延し、図7(A)に示すように、貼りつけたワイヤー102上に被せた。被せた状態で、モールド100を加硫プレスに入れ、加硫し、ゴム105とワイヤー102との複合物を作製した。なお、加硫条件は、1.5ベスト(1ベストはキュラストにおけるT90(分))とした。
加硫終了後、ゴム105とワイヤー102との複合物を取りだし、図7(B)、(C)に示すように1セット中の7本あるワイヤーうち両端にあるワイヤーを折り曲げ、その間にある5本のワイヤーを手で引き剥がした。図8に示すように、引き剥がした5本のワイヤーの表面積(Sw)のうち、ゴムが付着している面積(Sr)を測定し、その面積率(Sr/Sw×100(%))を算出して、接着性の評価を行った。結果を下記表1に示す。
次に、実施例および比較例の油圧ホースについて、バルヂの発生の有無(バルヂ試験)および耐久性試験(インパルス試験)を行った。
バルヂ試験は以下に説明するようにして行った。まず、作製した油圧ホースの両端を金具で加締め、24時間、室温で放置する。その後、オーブンにて加締しめた油圧ホース80℃まで加熱し、80℃から150℃まで10℃おきに各温度で1時間保持して加熱処理を施した。
各温度での加熱処理後に、加締めた金具から油圧ホース内部を観察し、加締部付近に膨れ(バルヂ)が発生しているかどうかを確認した。各温度でバルヂが発生しなかったものを合格(表中の「○」に相当)とし、各温度のいずれかでバルヂが発生したものを不合格(表中の「×」に相当)とした。結果を下記表1に示す。
インパルス試験(耐疲労性試験)は以下に説明するようにして行った。まず、図9に示すようにして、インパルステスター(カバヤ工業株式会社製超高圧インパルステスター)に、作製した油圧ホース202を加締金具204を介して取り付けた。下記試験条件にて、流体を矢印方向に循環させた後、加締金具204がとりつけられた油圧ホース202を取り外した。取り外した油圧ホース202を解剖し、(1)加締め部の状態、(2)油圧ホースの補強層を構成するワイヤーの断線の有無、(3)ゴム切れの状態、を確認した。上記した状態を確認して、油漏れ、ホース抜け、ホース部バースト等の問題がない場合を合格(表中の「○」に相当)とし、いずれかの減少が生じており、実用上問題がある場合を不合格(表中の「×」に相当)とした。結果を下記表1に示す。
流体…IRM903。
衝撃回数…100万回。
油圧…18MPa。
油温…100℃。
外被ゴム層の組成を下記表1に示す組成とした以外は、実施例1と同様にして油圧ホースを作製した。また、実施例1と同様にして、ピーリング試験、バルヂ試験、インパルス試験を行った。結果を下記表1に示す。
また、表1より、実施例のいずれの油圧ホースについてもバルヂは発生せず、インパルステストもすべて合格であり、接着性が良好であることが確認された。
なお、当該実施例の油圧ホースは、ゴム組成物に塩素を含有しないため、廃棄物処理する際には、環境に対する負荷が少なく、ワイヤーは鉄くずとして再利用できるため、環境保護および省資源の観点からも有意である。
また、実施例1において、「熱風中で150℃で加硫」を「溶融塩中で180℃で加硫」としても、同様の結果が得られた。
12,13,16,17・・・補強層
11,14,15・・・中間ゴム層
18・・・外被ゴム層
Claims (7)
- 内管ゴム層と外被ゴム層とを有し、前記内管ゴム層と前記外被ゴム層との間に少なくとも1の補強層を有する油圧ホースであって、
前記外被ゴム層の直下に少なくとも1の前記補強層が設けられ、かつ、前記外被ゴム層が内添型接着剤を含有してなり、
前記各層に塩素を含有していないことを特徴とする油圧ホース。 - 前記内添型接着剤が、外被ゴム層のゴム成分100質量部に対し、1〜10質量部含有されてなることを特徴とする請求項1に記載の油圧ホース。
- 前記外被ゴム層が、有機酸金属塩を含有してなることを特徴とする請求項1または2に記載の油圧ホース。
- 前記外被ゴム層が、無機化合物を含有してなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の油圧ホース。
- 前記内管ゴム層と前記外被ゴム層との間に、さらに、中間ゴム層が設けられてなり、該中間ゴム層が少なくとも1の前記補強層と隣接し、
前記補強層と隣接した前記中間ゴム層を構成するゴム組成物の未加硫時の引張強さが、25%伸長時に0.4MPa以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の油圧ホース。 - 前記内管ゴム層と前記外被ゴム層との間に、さらに、中間ゴム層が設けられてなり、該中間ゴム層が少なくとも1の前記補強層と隣接し、
前記補強層と隣接した前記中間ゴム層を構成するゴム組成物中に、高い機械的強度を保有するポリマーおよび短繊維のいずれかが含有されてなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の油圧ホース。 - 前記補強層が金属製の線状物からなり、前記線状物が前記内管ゴム層上に網目状に巻回されて設けられてなることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の油圧ホース。
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